搬运机械手及其PLC控制系统设计论文basj.docx
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1、江西理工工大学南昌校区毕业设计计(论文文)题目:搬搬运机械械手及其其PLCC控制系系统设计计系:机电电工程系系专业:机机电一体体化班级:008机电电(1)学生:王王淼清学号: 08831221111 指导教师师:王春春花老师师、张乐乐平老师师职称:副教授授摘要随着工业业自动化化的普及及和发展展,控制制器的需需求量逐逐年增大大,搬运运机械手手的应用用也逐渐渐普及,主主要在汽汽车,电电子,机机械加工工、食品品、医药药等领域域的生产产流水线线或货物物装卸调调运, 可以更更好地节节约能源源和提高高运输设设备或产产品的效效率,以以降低其其他搬运运方式的的限制和和不足,满满足现代代经济发发展的要要求。搬运
2、机械械手是能能模仿人人和臂的的某些动动作功能能,用以以固定程程序抓取取、搬运运物件或或操作工工具的自自动操作作装置。为了满足生产的需要,机械手要求设置多种工作方式,例如手动和自动(包括连续、单周期、单步和自动返回初始状态)工作方式。在运动控制方面,PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。所以利用PLC程序控制可以实现机械手的控制要求。通过梯形图程序使各动作电磁阀动作,配合各极限位置的限位开关,准确而又循环的连续操作。系统以液压传动为驱动方式,避免使用三相异步电动机,具有防过载的优点。机械手、PLC、液压系统组成的整体具有高效、安全、经济、实用等特点。关键词:搬运机机械手;液压;电磁阀阀;可编程
3、程控制器器(PLLC)ABSTTRACCTWithh thhe ppopuularrityy off inndusstriial auttomaatioon aand devveloopmeent, thhe ddemaand forr yeear-on-yeaar iincrreasse oof cconttrolllerr, hhanddlinng tthe apppliccatiion of robbot graaduaallyy poopullariity, maainlly iin tthe auttomootivve, eleectrroniic, mecchannicaal pp
4、roccesssingg, ffoodd, mmediicinne aand othher areeas of thee prroduuctiion linne oor ccarggo ttrannspoort, wee caan bbe mmoree goood to savve eenerrgy andd immproove thee trranssporrt eeffiicieencyy off eqquippmennt oor pprodductts, to redducee reestrricttionns oon ootheer mmodees oof ttrannspoortaa
5、tioon aand inaadeqquatte tto mmeett thhe rrequuireemennts of moddernn ecconoomicc deevellopmmentt.Handdlinng mmaniipullatoor iis aablee too immitaate somme aactiionss annd aarm funnctiion, fiixedd prroceedurre oof ccrawwlinng, hanndliing objjectts oor ttoolls aautoomatticaallyy-opperaatedd eqquippme
6、nnt. In ordder to meeet tthe neeeds of prooducctioon, varriouus wworkkingg meethoods reqquirred forr thhe mmaniipullatoor, succh aas mmanuual andd auutommatiic (inccluddingg coontiinuoous, siinglle ccyclle, andd auutommatiicallly retturnn too thhe iinittiall sttatee inn a sinnglee sttep) woorkss. II
7、n tthe areea oof mmotiion conntrool, PLCC caan bbe uusedd foor ccircculaar oor llineear mottionn coontrrol. Ussingg PLLC cconttroll maanippulaatorr coontrrol reqquirremeentss caan bbe iimpllemeenteed. By laddderr diiagrram proograams enaablee thhe ssoleenoiid vvalvve aactiion, coombiinedd wiith thee
8、 exxtreeme possitiion of limmit swiitchhes, acccurratee annd cconttinuuouss opperaatioon oof tthe looop. Sysstemm inn hyydraauliic-ddrivven wayy, aavoiidinng tthe usee off thhreee-phhasee innducctioon mmotoor, hass thhe aadvaantaage of oveerlooad-prooof. Maanippulaatorr, PPLC, hyydraauliic ssysttem
9、as a wwholle iis aan eeffiicieent, seecurre, ecoonommicaal aand praactiicall chharaacteerissticcs.Keywwordds:hhanddlinng mmechhaniicall haandss;hyddrauulicc;sollenooid vallve;Proograammaablee Loogicc Coontrrolller (PLLC)目录摘要第一章机机械手的的介绍11第二章机机械手抓抓取机构构设计33 2.11 手部部设计计计算3 2.22 大臂臂上下移移动机构构设计 5 2.33 上臂臂左
10、右移移动机构构设计66第三章液液压系统统原理设设计8 3.11手部抓抓取缸883.2大大臂伸缩缩缸液压压回路88 3.33上臂伸伸缩缸液液压回路路回路883.4 总体系系统图99第四章PPLC的的硬件设设计1224.1系系统的主主电路设设计124.2 操作面面板的设设计134.3 PLCC型号的的选择1144.4 PLCCI/OO分配表表144.5 PLCC的外部部接线图图164.6 电器元元件的选选用1774.7电电器安装装板接线线图19第五章 PLLC的程程序设计计22 5.11主程序序22 5.1.11 动作作要求222 5.1.22 工作作方式222 5.1.33 程序序的总体体结构2
11、235.2子子程序223 5.2.11 公用用程序223 5.2.22 手动动程序224 5.2.33 自动动程序225 5.2.44 自动动回原点点程序330参考文献献34附录 335致谢 339江西理工大学2011届专科生毕业设计第一章 机械械手的介介绍1.1 机械手手组成在我国,工工业机器器人的应应用虽然然起步较较晚,但但发展很很快。目目前,国国内机器器人已经经从仿制制引进阶阶段,逐逐渐过渡渡到自行行设计和和开发阶阶段了。机械手是是在机械械手、自自动化生生产过程程中发展展起来的的一种新新型装置置。能模模仿人手手和臂的的某些动动作功能能,用以以按固定定程序抓抓取、搬搬运物件件后哦操操作工具
12、具的自动动操作装装置。它它可代替替人的繁繁重劳动动以实现现生产的的机械化化和自动动化,能能在有害害环境下下操作以以保护人人身安全全,因而而广泛应应用机械械制造、冶冶金、电电子、轻轻工和原原子能等等部门。近近年来,随随着电子子技术特特别是电电子计算算机的广广泛应用用,机器器人的研研制和生生产已成成为高科科技领域域内迅速速发展起起来的一一门新兴兴技术,它它更加促促进了机机械手的的发展,使使得机械械手能跟跟好地实实现与机机械化和和自动化化的有机机结合。机械手通通常用于于机床或或其他机机器的附附加装置置,如在在自动机机床或自自动生产产线上装装卸和传传递工件件,在加加工中心心中更换换刀具等等,一般般没有
13、独独立的控控制装置置。有些些操作装装置需要要由人直直接操纵纵,如用用于原子子能部门门操持危危险物品品的主从从式操作作手也常常称为机机械手。工业机械械手是工工业生产产的必然然产物,它它是一种种模仿人人体上肢肢的部分分功能,按按照预定定要求输输送工件件或握持持工具进进行操作作的自动动化技术术设备,对对实现工工业生产产自动化化,推动动工业生生产的进进一步发发展起着着重要作作用。因因而具有有强大的的生命力力受到人人们的广广泛重视视和欢迎迎。实践践证明,工工业机械械手可以以代替人人手的繁繁重劳动动,显著著减轻工工人的劳劳动强度度,改善善劳动条条件,提提高劳动动生产率率和自动动化水平平。工业业生产中中经常
14、出出现的搬搬运和长长期频繁繁、单调调的操作作,采用用机械手手是有效效的。机机械手主主要由手手部和运运动机构构组成。手手部是用用来抓持持工件的的部件,根根据被抓抓持物件件的形状状、尺寸寸、重量量、材料料和作业业要求面面有多种种结构形形式,如如夹持型型、托持持型和吸吸附型等等。运动动机构,使使手部完完成各种种转到、移移动或复复合运动动来实现现规定的的动作,改改变被抓抓持物件件的位置置和姿势势。我设设计的是是一种液液压机械械手。本本机构具具有快递递、高效效等优点点。机械手主主要由手手部和运运动机构构组成。手手部是用用来抓持持工件(或或工具)的的部件,根根据被抓抓持物件件的形状状、尺寸寸、重量量、材料
15、料和作业业要求面面有多种种结构形形式,如如夹持型型、托持持型和吸吸附型等等。运动动机构,使使手部完完成各种种转动(摆摆动)、移移动或复复合运动动来实现现规定的的工作,改改变被抓抓持物件件的位置置和姿势势。运动动机构的的升降、伸伸缩、旋旋转等独独立运动动方式,成成为机械械手的自自由度。为为了抓取取空间中中任意位位置和方方位的物物体,需需有6个个自由度度。自由由度是机机械手设设计的关关键参数数。自由由度越多多,机械械手的灵灵活越大大,通用用性越广广,其结结构也越越复杂。一一般专用用机构有有2-3个自自由度。机械手主主要由执执行机构构、驱动动系统、控控制系统统组成。 (1)执执行机构构:包括括机械手
16、手部、大大臂、上上臂和立立柱等部部件,有有的还增增设行走走机构如如1-11所示。图1) 手部:是是机械手手与工件件接触的的部件。由由于与物物件的形形式不同同,可分分为夹持持式和 吸附式式手部,由由于本课课题的工工件是圆圆柱状棒棒料,所所以采用用夹持式式。由手手指和传传力机构构所构成成,手指指与工件件接触而而传力机机构则通通过手指指夹紧力力来完成成夹放工工件的任任务。2) 大臂:支支撑手部部的部件件,用以以改变工工件的空空间位置置。3) 上臂:支支撑手部部和大臂臂的部件件,用以以改变工工件的空空间位置置。4) 立柱:指指支撑上上臂的部部件,是是机械手手的基础础部分,起起着支撑撑和联接接的作用用。
17、(2) 驱动系统统:机械械手的驱驱动系统统是驱动动执行运运动的传传动装置置。常用用的有液液压传动动、气压压传动、电电力传动动和机械械传动等等四种方方式。3第二章 机机械手抓抓取机构构设计2.1手手部设计计计算一、 对手部设设计的要要求1、 有适当的的夹紧力力手部在工工作时,应应具有适适当的夹夹紧力,以以保证夹夹持稳定定可靠,变变形小,且且不损坏坏工件的的已加工工表面。对对于刚性性很差的的工件夹夹紧力大大小应该该设计得得可以调调节,对对于笨重重的工件件应考虑虑采用自自锁安全全装置。2、 有足够的的开闭范范围 夹持持类手部部的手指指都有张张开和闭闭合装置置。工作作时,一一个手指指开闭位位置以最最大
18、变化化量称为为开闭范范围。对对于回转转型手部部开闭范范围,可可用开闭闭角和手手指夹紧紧端长度度表示。手手指开闭闭范围的的要求与与许多因因素有关关,如工工件的形形状和尺尺寸,手手指的形形状和尺尺寸,一一般来说说,如工工作环境境许可,开开闭范围围大一些些较好,如如图2.1所示示。图2.11 机机械手开开闭示意意图3、 力系结构构简单,重重量轻,体体积小 手手部处于于大臂的的最前端端,工作作时运动动状态多多变,其其结构、重重量和体体积直接接影响整整个机械械手的结结构,抓抓重,定定位精度度等性能能。因此此。在设设计手部部时,必必须力求求结构简简单,重重量轻,体体积小。4、 手指应有有一定的的强度和和刚
19、度5、 其它要求求 因因此送料料,夹紧紧机械手手,根据据工件的的形状,采采用最常常用的外外卡式两两指钳爪爪,夹紧紧方式用用常闭史史弹簧,松松开时,用用单作用用式液压压缸。此此种结构构较为简简单,制制造方便便。115二、 手部装置置原理 如如图2.2所示示:油缸缸右腔停停止进油油时,弹弹簧力夹夹紧工件件,油缸缸右腔进进油时松松开工件件。图2.22 油缸缸示意图图1、右腔腔推力为为 Fp=(/4)DDP =(/4)XX0.77X255X100 =96116.225N2、根据据钳爪夹夹持的方方位,查查出当量量夹紧力力计算公公式为: F11=(22b/aa)X(cossa)N 其其中N=4XX98=3
20、922N,带带入上式式得: F1=(2bb/a)X(ccosaa)X3992 =16880N 则实际际夹紧力力为F11实际+F1KK1K22/y=16880X11.5XX1.11/0.85=32661N 经圆整整F1=33000N3、计算算手部活活塞杆行行程长LL,即 L=(D/2)ttan a =35tann30 =20.2 mmm4、确定定“V”型钳爪爪的L, 。 取L/Rcpp=3 式中中:Rccp=PP/4=2000/4=50 由上两两式可得得:L=Rcpp=1550取“V”型钳口口的夹角角2=1220,则则偏转角角按最佳佳偏转角角来确定定,查表得:=222395、机械械运动范范围(速
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